[發明專利]一種改進的噴泉碼度分布算法

在審

• 申請號: 201710353010.7
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107222294A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 李宗艷;隨秀玲;單寶玲
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H03M13/37
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 趙華

技術領域

本發明涉及一種改進的噴泉碼度分布算法，是關于信息通信領域中利用噴泉碼對信號進行編碼時所使用的編碼度分布的構造方法，屬于通信技術領域。

背景技術

基于TCP/IP協議的ARQ是基于反饋通道的傳輸機制，然而很多通信系統如廣播系統并不存在反饋信道，這在資源有限的情況下是一種極大的浪費。在數據傳輸方案中，接收端如果接收不到足夠多的編碼數據包，或者在僅差一個數據包的情況下，采用ARQ機制的傳輸方案就需要對編碼包進行重新獲取，直到接收的數據包數量達到要求。為了解決大規模的數據傳送及可靠廣播等問題，Michael Luby等人于1998年提出了數字噴泉碼(Digital Fountain) 的概念。

2002年Luby提出了第一種現實可行的噴泉碼-LT碼(Luby Transform)。LT碼具有無固定碼率、魯棒性、高效性、較低的編譯碼復雜度、無需反饋信道來確保傳輸的可靠性和適應實時變化的信道等優點。其編碼過程為：發送端原始數據由k個數據包組成，根據某一編碼度分布隨機產生每個編碼數據包的度d，然后從k個原始數據包中任意地選擇d個數據包，再將這d個數據包進行異或運算，從而生成一個編碼數據包。編碼器重復操作這個過程就可以產生無限長的編碼數據包流。LT碼的譯碼一般采用置信傳播譯碼算法，其過程為將接收到的一定數量的編碼數據包與源數據包建立對應的雙向圖，任意地選取一個度為1的數據包開始進行譯碼。由于度為1數據包就是對源數據包的復制，所以通過簡單的復制運算，就能恢復源數據包。然后，對已經恢復的源數據包，將它與其有關聯的所有編碼數據包進行異或運算，更新這些編碼數據包的值，再將恢復的源數據包和與它有關聯的編碼數據包在Tanner圖中所對應的邊刪除，使這些編碼數據包的度數減1。以此循環下去直到恢復所有原始數據為止。

常用的編碼度分布為：

1、理想孤波度分布(Ideal Soliton Distribution)

理想孤波度分布理論上使每一個編碼數據包在每一次譯碼迭代中釋放的概率相同，保證在每次迭代過程中有且只有一個度為1的編碼數據包出現，完成每一次迭代恢復一個源數據包，同時又有一個度為1的編碼數據包出現。其度分布函數為：

理想孤波度分布是一種設計優良的概率分布函數。然而這種度概率分布只存在于理想狀態下，在實際應用中，譯碼性能會受到干擾噪聲的影響。具體影響表現在，如果在譯碼過程中受到輕微擾動，那么將無法尋找到度為1的編碼包符號，從而出現譯碼終止的情況。

2、魯棒孤波度分布(Robust Soliton Distribution)

魯棒孤波度分布引入了兩個參數c和δ用來保證譯碼過程中度為1編碼包的個數。

表示度為1編碼包個數的平均值。

定義

魯棒孤波度分布為

其中，

式中，參數δ是概率約束參數，該參數值決定了編譯碼的失敗概率大小；參數c是大小可調的常數。在實際應用中，可通過調節c的不同取值以此獲得較優的譯碼性能性能。

采用魯棒孤波度分布進行編碼時，產生的編碼數據包多為度較大的編碼數據包，具有較高的覆蓋性，但因此增加了冗余度，造成譯碼效率的降低，而且產生度1和其他小度編碼數據包的數量較少。

發明內容

本發明的目的在于給出一種改進的噴泉碼度分布算法，以得到一種有較好性能的度分布。

本發明的技術方案如下：

基于以上內容，本發明具體包括以下步驟:

步驟1，結合源信息的度分布與編碼包的度分布(RSD)，在LT(Luby Transform)碼編碼器中，將RSD度分布(Robust Soliton Distribution，魯棒孤波度分布)中度為1的編碼包與瞬時度值最大的源信息包相連，優化了可譯集大小從而得到MBRSD度分布；

步驟2，在MBRSD度分布的基礎上運用插值算法，即MBRSD度分布(Memory-Based RSD，記憶性的魯棒孤波度分布)中等距離地插入少量度值為1的編碼包，通過分別調整編碼包度值為1所占概率η和度值非1所占概率來改善譯碼性能，其中得到改進的IMBRSD 度分布；

步驟3，根據IMBRSD度分布對源信息進行編碼發送，直到收到接收端發送的確認信息。

與現有技術相比，本發明的有益技術效果在于：

采用LT碼編碼器與自適應編碼器相結合的方式，不僅沒有增加系統編碼的時間，而且提高了譯碼效率。